内河大型双体客船波浪载荷试验及仿真预报

针对某内河大型双体客船,开展波浪载荷的模型试验和仿真预报研究。建立双体船波浪载荷预报的水动力仿真分析模型,获得双体船的垂荡、横摇、纵摇等运动响应特性,以及剪力、弯矩、转矩等波浪载荷沿船长方向的分布特征,研究航速对波浪载荷的影响规律。设计加工双体船缩尺模型,开展了波浪不同波长和浪向角下的载荷试验研究,并将仿真结果、试验结果进行比较,吻合较好。

船舶操纵性海试实验虚拟仿真设计与应用

操纵性试验是船舶海试的重要组成部分,可有效评估船舶投入运营后操纵性能的优劣。船舶操纵性海试准备时间长、成本高、风险大,难以开展实验教学。依托虚拟仿真软硬件设施,充分融合虚拟现实技术、3D成像投影技术与船舶操纵性能分析方法,探索新型实验教学模式,完成船舶操纵性海试虚拟仿真设计;并以集装箱船为例,开展实验教学应用研究。船舶操纵性海试实验虚拟仿真有效弥补了海试的诸多不足,为学生沉浸式体验船舶操纵性海试全过程、掌握相关实验规程与分析方法提供良好的虚拟仿真环境。

单次船模阻力试验不确定度A类评定方法

通过单次试验实现不确定度A类评定的方法能够节省时间和成本,梳理阻力试验的采样和分析方法,以及不确定度的A类评定方法,从单次试验的采样时间序列出发,采用一种时间序列截断(time series truncation,TST)方法,提取不同计数周期的连续的时间序列,以此生成一系列的观测样本,据此进行单次试验的均值输出和不确定度的A类评定,并与重复性试验结果对比。结果表明,TST方法的不确定度A类评定结果与重复性试验方法近似,满足工程应用要求;适用于任意单次试验;可在试验过程中实时分析。通过应用TST方法,能够在单次阻力试验时,提升试验结果输出的稳定性。

实船试航中不同浅水效应修正方法的对比分析

船舶航行时,当水深吃水比小于4或水深傅汝德数大于0.6时,会出现“浅水效应”。在实船测速试验中,需要对浅水效应进行适当修正,才能准确评估船舶的航速。目前常用的船舶浅水效应修正方法有Lackenby方法和Raven方法。本文介绍了这2种方法的基本原理和适用条件,并基于9艘船舶的实船测速试航数据,对这2种方法进行计算和比较,并分析2种方法对实船航速修正结果的影响,可为我国船舶测速试航及航速修正提供参考。

船岸标一体智能航行实验系统设计与实现

针对船舶自主航行难题,设计与开发一种基于STM32微控制器的船岸标一体智能航行实验系统,包括航路标识模块、船载感知载荷模块、航行器控制模块。该系统能实现船舶在每个航路转向点前,仿真预报船舶操纵运动轨迹,使用PID控制航模操舵,以提升转向控制精度。经船舶自主航行测试,验证了船岸标一体协同控制可行性和实用性。研究结果可为新一代航运系统中船舶智能航行提供有益的参考。

小型循环水槽收缩段参数选型评估

对循环水槽收缩段的结构参数进行选型评估,提升循环水槽工作段的流场品质。采用无量纲法,对收缩比分别为7、8、9和10的收缩段入口横截面面积进行圆整处理,获得收缩段实际收缩比分别为7.360、8.160、9.000和9.878;采用ANSYS Fluent软件,基于标准的k-ε湍流数值模型对维氏曲线、双三次曲线和五次方曲线等3种典型收缩曲线的三维流场进行计算分析,给出沿流向的中纵剖面内的速度流线图和压力云图、轴向压力和压力梯度变化规律,以及出口截面速度分布云图;引入速度标准偏差值和轴向静压变化速率,综合分析循环水槽收缩段的收缩性能,选出最佳收缩曲线。数值模拟结果表明:轴向长度为475 mm、收缩比为7.360的收缩段,维氏收缩曲线最优。

基于VRX的无人水面船智能控制虚拟仿真实验平台设计

船舶智能控制课程实践环节通常需要高投入且具有较高风险,虚拟仿真技术可以为学生提供了一个低成本、无风险的学习环境。该研究设计了一套基于VRX的无人水面船智能控制虚拟仿真实验平台,构建了无人水面船模型的基本结构并确定控制算法与无人船的通信方案;针对所使用的无人船建立其运动学模型和动力学模型,并根据实验结果对模型进行修正;设计了基于反步法的轨迹跟踪控制器,对算法的轨迹跟踪效果进行系统测试。通过三维虚拟场景展示了无人船跟踪航行过程,运行效果表明该虚拟仿真实验平台为学生提供了一个安全便捷的实践应用平台,有助于激发学生的学习兴趣。

循环水槽船模阻力修正方法

在循环水槽中开展船模阻力测量是船型优劣分析的常规试验之一,因此对循环水槽阻力修正方法进行研究是十分必要的。以集装箱船标模(KCS)为研究对象在循环水槽中开展模型阻力和流场测量试验,根据循环水槽自身流动特性并结合拖曳水池已有的修正方法,分析并总结适用于水槽船模阻力与阻塞效应的修正方法。由总结的修正公式与修正流程可知,循环水槽中2.5~3.5 m尺寸模型试验与大模型试验结果阻力换算偏差在1%左右,设计航速点阻力换算偏差小于1%。结果表明,有必要对循环水槽中阻力进行自由面倾斜度修正,采用Tamura公式进行阻塞效应修正能得到更为精确的阻力试验结果。

海洋核动力平台定位系统多体动力学模型试验验证

为验证海洋核动力平台定位系统多体动力学模型的合理性,从而提高该平台长期系泊的可靠性,本文采用多体动力学方法与缩比模型试验方法,对核动力平台定位系统进行建模与验证。基于定位系统多铰连接的拓扑结构,结合多刚体动力学理论,建立了定位系统的多体动力学仿真模型。搭建了定位系统1∶9缩比模型试验平台,并选取2种典型工况进行验证。研究结果表明:定位系统多体动力学模型计算的系泊腿受力与实验结果符合良好,平均误差在2%以内。算例分析发现,系泊腿受力循环次数主要集中在低幅值高均值区域。本文模型试验验证了所提出的定位系统多体动力学模型的可行性与正确性,能够为定位系统系泊能力的评估提供参考和借鉴。

低噪声循环造流设施导流片仿真设计优化

为优化低噪声循环造流设施6 m×6 m截面流道与90°弯头区域的水速均匀性和阻力损失,采用计算流体力学软件对不同导叶片形式以及片数进行了模拟。结果显示,在3.5 m/s水速工况下,无导流片的阻力损失达2386 Pa,加设导流片工况的阻力损失介于453~560 Pa。机翼型导叶片较之双弧型导流片能在更短距离内达到高均匀度水流,从而降低噪声,但其叶片受力是双弧型导流片的1.5倍左右。

低温试验室内小型风洞设计及结冰过程试验

在低温试验室中利用自搭建风洞设备提供水结冰所需的风速和温度条件,研究了极区风速、温度对水结冰速率的影响.结果表明:结冰池经历了整体快速降温和结冰两个阶段.在前一阶段对流换热占主体换热地位,风速影响大于温度影响;后一阶段随冰厚增加热传导占比逐渐上升,温度的影响也逐渐上升.结合温度变化与冰厚生长数据,计算得出降温速度与结冰速度,结合温度与风速分别进行曲面拟合,得到降温速度、结冰速度关于温度、风速的关系式.

浅谈某圆筒型FPSO倾斜试验

圆筒型FPSO是有别于传统船型FPSO的新型FPSO,具有可转移、抗风浪能力强、适应水深范围广、可重复使用等优点。目前,船型FPSO倾斜试验技术、方法和标准已经较为成熟,而圆筒型FPSO相关资料较少。某大型圆筒型FPSO近期在某建造场地完工,文章从该大型圆筒型FPSO倾斜试验原理入手,重点论述了试验前准备、试验流程及试验执行回顾,并就其中的细节进行了重点描述,旨在为以后相似船型倾斜试验提供参考。

深海采矿系统模型水池试验方案

深海采矿系统单一模块研究无法准确反应其实际运行特性。搭建深海采矿系统模型水池试验平台,分析深海采矿系统运动力学特性,提出深海采矿系统模型全流程水池试验方案,为深海采矿系统全流程模拟提供技术支撑。

平陆运河先导段船舶操纵仿真模拟试验研究

为确保平陆运河建设的技术及经济性的合理性,通过船舶驾驶模型仿真试验,研究设计代表船型在平陆运河先导段水文气象条件下的航行性能状态,进一步优化初步设计航道设计方案。本试验首先利用通航实船模型对两种代表船型进行快速性基础性试验,再结合水流仿真模拟建立船舶操纵模型和电子航道图,最后进行操船试验。试验结果表明先导段设计航道宽度80m满足安全通航要求,并给出了建议的航速航法。

数据驱动下船舶海试数据预报方法与应用研究

本研究旨在介绍船舶海试内容,进而探讨基于数据驱动的船舶海试数据预报方法及其在船舶性能评估和安全管理中的应用。通过实际海试数据和船舶运行数据,结合机器学习和数据挖掘技术,建立预测模型,可以实现对船舶在不同海况下性能表现的准确预测。数据驱动的预测方法能够有效提高船舶海试数据的准确性和实用性,为船舶设计优化、船舶运营管理和航海安全提供重要支持。

环境载荷逆向识别与虚拟模型试验方法

提出一种应用于混合模型试验的环境载荷逆向识别与虚拟模型试验方法,可以逆向识别截断模型试验中的环境载荷,进而开展截断水深与全水深虚拟模型试验.环境载荷直接从物理模型试验中分离得到,因此该载荷考虑到了平台六自由度运动之间的耦合作用、破浪砰击等强非线性作用以及流体对浮体的黏性力作用.为验证方法准确性,开展风浪流模型试验,并将虚拟模型试验结果与物理模型试验数据进行比较.研究结果表明,环境载荷逆向识别方法可以准确识别风浪流模型试验的环境载荷.

大型浮动冲击平台冲击环境特性研究

[目的]旨在分析水下爆炸载荷作用下大型浮动冲击平台(LFSP)的冲击响应特性。[方法]基于声固耦合方法对LFSP进行水下爆炸数值模拟,通过试验与仿真数据对比,验证计算方法的有效性;研究LFSP内底冲击响应沿纵剖面分布特性以及药包横向距离对LFSP内底整体冲击环境的影响规律,并拟合出LFSP冲击环境预报公式。[结果]结果显示:LFSP内底的迎/背爆面、中纵剖面冲击环境沿纵剖面分布变化规律基本一致,其首尾位置冲击响应偏小,中部偏大;迎/背爆面冲击响应存在差异,背爆面谱速度大于迎爆面,迎爆面谱位移大于背爆面。[结论]研究表明,背爆面测点位置的局部模态被激起,冲击谱出现局部峰值,导致背爆面谱速度大于迎爆面;迎爆面测点的爆距较小以及冲击响应强烈,使得迎爆面谱位移大于背爆面。

基于Ontology-CT的船舶智能航行测试场景生成方法

为解决传统基于穷举的虚拟测试场景生成方法生成场景数量级大、冗余不合理场景多,难以满足测试需求等问题,提出一种基于本体论和组合测试的场景生成方法,使用本体论对船舶与环境间的博弈和对抗行为进行形式化,并构建船舶典型航行场景本体。通过基于本体论的组合测试输入模型转换(CTONT-Flatten)算法将本体转换为组合测试输入模型,使用组合测试工具生成测试用例,并对生成结果进行分析验证。结果表明:与穷举测试方法相比,该方法生成场景数量显著减少,可有效节约测试成本,提升测试效率。研究成果可为智能航行系统迭代升级提供一定参考。

平陆运河沙坪河段船舶操纵仿真模拟试验

为了解代表船型在平陆运河沙坪河段水文气象条件下的航行性能,进一步优化航道设计方案,利用通航实船模型对两种代表船型进行快速性基础性试验,结合水流仿真建立船舶操纵模型和电子航道图,采用船舶操纵模拟器按实际航行操作惯例进行计算机仿真模拟操船试验。结果表明:沙坪河段航道宽度(80 m)及设计弯曲半径能满足安全通航要求。

航海模拟器中破冰船破冰阻力数值计算

为研究破冰船在平整冰区所做的直航连续式破冰作业,本文通过非线性显式的有限元方法,模拟了“雪龙2号”科考船在平整冰中的连续破冰过程,分析了船体所受碰撞力特性以及能量变化,并利用破冰船Terry Fox号船模水池试验与“雪龙2号”无量纲化冰阻力系数的数值计算结果对比,证明了本文数值计算的可靠性;本文数值计算结果与经验公式进行对比分析,误差在20%之内,进一步验证了本文数值模拟的正确性;利用“雪龙2号”简化后的楔形体模型,本文研究了船体不同速度、不同破冰角度以及平整冰厚度时船-冰碰撞的响应特性,定性分析了不同工况下的船-冰碰撞过程中船舶受到的碰撞力、能量损耗等规律。同时,利用简化模型楔形体对船舶破冰阻力的参数敏感度进行研究,有利于获得破冰阻力随多参数变化的规律,将在不同工况下得到的破冰阻力平均值利用矩形域最小二乘法曲面拟合出破冰阻力公式。建立适用于运动数学模型实时解算的破冰阻力离线数据库,利用插值方法实时获得冰阻力,为冰区航海模拟器船舶运动数学模型中的冰阻力计算提供一定参考。